Номер 734, страница 122 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

734. К раствору, содержащему серную кислоту химическим количеством 0,20 моль, добавили раствор, содержащий хлорид бария химическим количеством 0,30 моль. Рассчитайте массу образовавшегося осадка и химические количества каждого из ионов, находящихся в растворе.

Дано:

$n(H_2SO_4) = 0,20 \text{ моль}$

$n(BaCl_2) = 0,30 \text{ моль}$

Найти:

$m(\text{осадка}) - ?$

$n(\text{каждого из ионов в растворе}) - ?$

Решение:

Сначала запишем уравнение химической реакции, происходящей при смешивании растворов серной кислоты и хлорида бария:

$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

В ходе реакции образуется нерастворимое соединение — сульфат бария ($BaSO_4$), который выпадает в осадок, и соляная кислота ($HCl$), которая остаётся в растворе.

Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, серная кислота и хлорид бария реагируют в мольном соотношении $1:1$.

По условию дано: $n(H_2SO_4) = 0,20 \text{ моль}$ и $n(BaCl_2) = 0,30 \text{ моль}$.

Так как $0,20 \text{ моль} < 0,30 \text{ моль}$, серная кислота находится в недостатке и прореагирует полностью. Хлорид бария находится в избытке. Все дальнейшие расчеты продуктов реакции ведутся по количеству лимитирующего реагента, то есть по серной кислоте.

Рассчитайте массу образовавшегося осадка

1. Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося осадка сульфата бария ($BaSO_4$) равно количеству вещества серной кислоты, вступившей в реакцию:

$n(BaSO_4) = n(H_2SO_4) = 0,20 \text{ моль}$

2. Для расчета массы осадка найдем молярную массу сульфата бария ($M(BaSO_4)$), используя относительные атомные массы элементов (округляем до целых):

$M(BaSO_4) = Ar(Ba) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 233 \text{ г/моль}$

3. Рассчитаем массу осадка по формуле $m = n \cdot M$:

$m(BaSO_4) = n(BaSO_4) \cdot M(BaSO_4) = 0,20 \text{ моль} \cdot 233 \text{ г/моль} = 46,6 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося осадка равна 46,6 г.

Рассчитайте химические количества каждого из ионов, находящихся в растворе

1. После окончания реакции в растворе остаются ионы, образующие растворимые вещества: продукт реакции соляную кислоту ($HCl$) и избыток реагента хлорида бария ($BaCl_2$). Сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) полностью перешли в осадок.

2. Найдем количество вещества каждого вида ионов, оставшихся в растворе:

• Ионы водорода ($H^+$): Они образуются при полной диссоциации соляной кислоты ($HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$). Количество образовавшейся $HCl$ находим по уравнению реакции, исходя из количества лимитирующего реагента ($H_2SO_4$):

$n(HCl) = 2 \cdot n(H_2SO_4) = 2 \cdot 0,20 \text{ моль} = 0,40 \text{ моль}$

Следовательно, количество ионов водорода:

$n(H^+) = n(HCl) = 0,40 \text{ моль}$

• Хлорид-ионы ($Cl^-$): Эти ионы присутствовали в исходном растворе хлорида бария и полностью остались в растворе. Исходное количество $BaCl_2$ равно $0,30 \text{ моль}$. При диссоциации ($BaCl_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2Cl^-$) образуется вдвое большее количество хлорид-ионов:

$n(Cl^-) = 2 \cdot n_{исх}(BaCl_2) = 2 \cdot 0,30 \text{ моль} = 0,60 \text{ моль}$

• Ионы бария ($Ba^{2+}$): Изначально в растворе было $0,30 \text{ моль}$ ионов $Ba^{2+}$ (из $BaCl_2$). В ходе реакции $0,20 \text{ моль}$ ионов бария связалось в осадок $BaSO_4$. Количество оставшихся в растворе ионов бария равно разности между исходным и прореагировавшим количеством:

$n_{ост}(Ba^{2+}) = n_{исх}(Ba^{2+}) - n_{прореаг}(Ba^{2+})$

$n_{ост}(Ba^{2+}) = 0,30 \text{ моль} - 0,20 \text{ моль} = 0,10 \text{ моль}$

• Сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): Так как серная кислота была в недостатке, все сульфат-ионы ($0,20 \text{ моль}$) перешли в осадок. Их концентрацией в растворе можно пренебречь.

$n(SO_4^{2-}) \approx 0 \text{ моль}$

Ответ: химические количества ионов в растворе: $n(H^+) = 0,40 \text{ моль}$; $n(Cl^-) = 0,60 \text{ моль}$; $n(Ba^{2+}) = 0,10 \text{ моль}$.